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TOPEX/Poseidon

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목차

1. 개요

TOPEX/Poseidon은 해양 순환 연구를 목적으로 NASA와 CNES가 공동으로 개발한 위성 임무였다. 1992년 8월 10일 발사되어 2006년 1월 18일 작동이 중단될 때까지 10년 이상 데이터를 제공하며 해수면 측정, 조석 지도 작성, 기후 변화 연구 등 다양한 성과를 거두었다. 이 위성은 레이더 고도계와 마이크로파 방사계를 탑재하여 해수면 높이와 대기 습도를 측정했으며, GPS를 통해 정확한 궤도 정보를 확보했다. TOPEX/Poseidon의 자료는 기후 연구, 엘니뇨 예측 등 다양한 분야에서 활용되었으며, 후속 임무인 Jason-1, Jason-2, Jason-3으로 해수면 높이 측정 임무가 이어졌다.

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TOPEX/Poseidon
기본 정보
TOPEX/포세이돈 위성
TOPEX/포세이돈 위성
임무 유형해양학
운영자NASA
CNES
국제 디자인 지정1992-062A
NORAD 카탈로그 번호22058
COSPAR ID1992-062A
웹사이트NASA 포세이돈 페이지
임무 세부 사항
질량2,400 kg
전력492 W
궤도비-태양 동기 궤도
궤도 높이1,336 km
궤도 경사66°
궤도 주기112분
설계 수명3~5년
타임라인
발사 날짜1992년 8월 10일
발사 장소기아나 우주 센터 ELA-2
발사체아리안 4호
임무 종료2006년 1월
센서 및 기기
주요 센서이중 주파수 고도계
추가 센서마이크로파 복사계 (TMR)
GPS 수신기
DORIS 추적 비콘
레이저 반사경 배열

2. 목적

TOPEX/Poseidon 임무의 가장 중요한 목적은 해양 순환의 패턴, 즉 바다에 저장된 열이 어떻게 한 곳에서 다른 곳으로 이동하는지를 알아내는 것이었다.[1] 이는 지구 표면의 대부분을 바다가 차지하고 있기 때문이다.[1]

3. 발사 및 운용

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4. 주요 성과

TOPEX/Poseidon 이전에는 선구적이지만 수명이 짧았던 Seasat 위성을 통해 지구 해양 전체를 잠시 엿볼 수 있었을 뿐이었다. TOPEX/Poseidon의 레이더 고도계는 최초로 연속적인 전 지구 해양 관측 데이터를 제공했다.

이 임무의 가장 중요한 성과는 해양 순환의 패턴, 즉 바다에 저장된 열이 어떻게 이동하는지를 밝혀낸 것이다. 이는 지구 표면의 대부분을 차지하는 바다가 기후 시스템에서 수행하는 역할을 이해하는 데 결정적인 기여를 했다.

당초 3년간의 주요 임무가 계획되었으나, TOPEX/Poseidon은 궤도에서 10년 이상 데이터를 성공적으로 전송하며[3] 해수면 측정, 조석 지도 제작, 엘니뇨 및 라니냐와 같은 기후 현상 연구 등 다양한 분야에서 중요한 데이터를 제공하며 해양학 및 기후 과학 발전에 크게 기여했다.

2005년 10월 모멘텀 휠(momentum wheel) 고장으로 과학 데이터 제공이 중단되었고, 2006년 1월 최종적으로 임무가 종료되었다.[2]

4. 1. 자료 활용

TOPEX/Poseidon은 원래 3년간의 주요 임무가 계획되었으나, 실제로는 10년 이상 궤도에서 데이터를 전송했다.[3] 이 기간 동안 다음과 같은 중요한 성과를 거두었다.

  • 전례 없는 정확도로 해수면을 측정했다.
  • 세계 최초로 전 지구적 조석 지도를 만들었다.
  • 전 세계 기후 변화에 대한 해류의 영향을 감시하고, 해류의 계절적 변화에 대한 최초의 전 지구적 관측 자료를 생성했다.
  • 로스비파(Rossby wave)와 켈빈파(Kelvin wave) 같은 대규모 해양 현상을 관찰하고, 엘니뇨, 라니냐, 태평양 10년 진동(Pacific Decadal Oscillation)과 같은 현상을 연구했다.
  • 해양 분지 전체의 해류 변동을 지도로 만들고, 해양 순환 모델을 검증하기 위한 전 지구적 데이터를 제공했다.
  • 해양에 저장된 열의 연도별 변화를 지도로 나타냈다.
  • 지구 중력장에 대한 이해를 높이는 데 기여했다.
  • 10년 이상 동안 해양과 주요 바다의 온도를 관측했다.


2005년 10월, 모멘텀 휠(momentum wheel) 고장으로 인해 과학 데이터 전송이 중단되었고, 2006년 1월 18일 위성 작동이 최종적으로 중지되었다.[2]

TOPEX/Poseidon 데이터는 2,100편 이상의 연구 논문에 활용되었다. 데이터가 사용된 주요 분야는 다음과 같다:[5]

  • 기후 연구
  • 산호초 연구
  • 엘니뇨 및 라니냐 예측
  • 수산업 관리
  • 허리케인 예측
  • 해양 포유류 연구
  • 해양 산업
  • 항로 지정

5. 관측 장비

TOPEX/Poseidon 이전에는 선구적이지만 수명이 짧았던 Seasat 위성을 통해 지구 전체 바다를 잠시 관측할 수 있었다. TOPEX/Poseidon의 레이더 고도계는 최초로 연속적인 해수면 높이 데이터를 제공했다.[1]

TOPEX/Poseidon에는 동일한 안테나를 공유하는 두 개의 고도계가 탑재되었다. NASA가 제작한 TOPEX 고도계가 우선권을 가졌으며, 임무 초기 10년 동안에는 10번의 관측 주기 중 평균 9번은 TOPEX가 작동하는 방식으로 운영되었다. 항상 하나의 고도계만 작동했다.[2]


  • TOPEX (Topography Experiment): NASA에서 제작한 최하점 지향 레이더 고도계로, 해수면 위 높이를 측정하기 위해 C 대역(5.3GHz)과 Ku 대역(13.6GHz)을 사용했다.[2][3]
  • Poseidon (Poseidon Solid State Altimeter): CNES에서 제작한 고체 상태의 최하점 지향 레이더 고도계로, Ku 대역(13.65 GHz)을 사용했다.[2][3]


Poseidon 고도계 그래픽


고도계 외에도, 대기 중 습기로 인해 신호 경로가 지연되는 것을 보정하기 위해 18, 21, 37 GHz에서 작동하는 TOPEX 마이크로파 방사계(TMR, TOPEX Microwave Radiometer)가 사용되었다.[2][3]

위성은 또한 자신의 위치를 정확하게 파악하기 위한 장비들을 갖추고 있었다. 우주선의 위치 오차는 고도계로 계산된 해수면 측정값의 오류로 이어지기 때문에, 정확한 궤도 결정은 매우 중요했다.[2]

우주선의 위치는 세 가지 독립적인 추적 시스템을 통해 결정되었다.[2]

1. 레이저 반사경 배열(LRA, Laser Retroreflector Array): NASA의 시스템으로, 맑은 하늘 아래에서 지상에 있는 10~15개의 레이저 거리 측정소에서 발사된 레이저 광선을 반사하여 거리를 측정했다.[2][3]

2. DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite): CNES의 시스템으로, 모든 날씨 조건에서 전 지구적인 추적이 가능했다. DORIS는 마이크로파 도플러 효과(상대 속도에 따른 무선 주파수 변화)를 이용하여 우주선을 추적하는 시스템으로, 위성에 탑재된 수신기와 40~50개의 지상 송신소로 구성된 글로벌 네트워크를 활용했다.[2][3]

3. GPS 수신기 (GPS Demonstration Receiver, GPSDR): 실험적으로 탑재된 GPS 수신기는 미 공군의 지구궤도 위성인 GPS 별자리로부터 신호를 받아 위성의 위치를 지속적으로 정밀하게 파악했다. TOPEX/Poseidon은 GPS를 이용해 우주선의 궤도를 추적하고 정확한 위치를 파악할 수 있음을 증명한 첫 번째 임무였다. 위성의 위치를 고도 오차 2cm 이내로 정확하게 알아내는 것은 정밀한 해수면 높이 측정의 핵심 요소였다.[2][3]

많은 위성들은 이중 대역 레이더 고도계를 사용하여 우주선의 고도를 측정한다. 이 측정값은 궤도 요소(주로 GPS로부터 얻음)와 결합되어 지형을 결정할 수 있게 해준다. 두 가지 다른 파장의 전파를 사용하는 것은 고도계가 전리층에서의 다양한 지연 효과를 자동으로 보정할 수 있도록 하기 위함이다.[4]

6. 후속 임무

TOPEX/Poseidon의 후속 임무인 Jason-1[6]은 해수면 지형 측정을 계속하기 위해 2001년 발사되었다. 두 위성, TOPEX/Poseidon과 Jason-1은 3년 동안 협력 임무를 수행하며 바다 표면의 두 배 범위를 관측했다. 이를 통해 과학자들은 하나의 위성만으로는 볼 수 없었던 더 세밀한 특징들을 연구할 수 있게 되었다.

TOPEX/Poseidon과 Jason-1이 시작한 지구 해수면 높이 기록은 2008년 6월에 발사된 Jason-2 위성의 해양지형탐사임무(OSTM)를 통해 이어졌다.[7] 그 뒤를 이어 Jason-3호는 2016년 1월 17일에 발사되었다.[8][9]

참조

[1] 웹인용 THE U.S. COMMISSION ON OCEAN POLICY http://govinfo.libra[...]
[2] 웹인용 NASA - NASA's Topex/Poseidon Oceanography Mission Ends https://www.nasa.gov[...] 2022-05-29
[3] 웹인용 Ocean Surface Topography from Space-Missions http://topex-www.jpl[...] 2022-05-29
[4] 웹인용 NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details https://nssdc.gsfc.n[...] 2022-05-29
[5] 웹인용 Ocean Surface Topography from Space https://web.archive.[...] NASA/JPL
[6] 웹인용 Ocean Surface Topography from Space https://web.archive.[...] NASA/JPL
[7] 웹인용 NASA Launches Ocean Satellite to Keep a Weather, Climate Eye Open http://www.nasa.gov/[...] NASA 2022-05-30
[8] 웹인용 CEOS Ocean Surface Topography (OST) Constellation Strategic Workshop https://web.archive.[...] Eumetsat
[9] 웹인용 Jason-3 https://web.archive.[...] NASA JPL


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